NO321328B1 - Katodebunn, katodeblokk og celle med horisontal drenert katodeoverflate med forsenkede spor, for elektroutvinning av aluminium, og anvendelse av cellen. - Google Patents

Description

Oppfinnelsens område

Den foreliggende oppfinnelse angår en katodebunn til en aluminiumproduksjonscelle for elektroutvinning av aluminium, hvilken har en horisontal drenert katodeoverflate med en rekke forsenkede spor for oppsamling av produktaluminium. Nærmere bestemt angår oppfinnelsen en katodebunn, en katodeblokk og en celle med horisontal drenert katodeoverflate med forsenkede spor, for elektroutvinning av aluminium, og anvendelse av cellen.

Oppfinnelsens bakgrunn

Teknologien for fremstilling av aluminium ved elektrolyse av alumina oppløst i smeltede kryolittholdige salter ved temperaturer omkring 950 °C er mer enn ett hundre år gammel.

Denne prosess, som ble funnet på nesten samtidig av Hall og Héroult er ikke blitt utviklet så mye som andre elektrokjemiske prosesser, til tross for den voldsomme vekst i totalproduksjonen av aluminium som i løpet av femti år har økt nesten ett hundre ganger. Prosessen og celledesignen har ikke endret seg eller forbedret seg vesentlig, og karbonholdige materialer anvendes fortsatt som elektroder og cellekledninger.

Elektrolysecelletrauet er vanligvis fremstilt av en stålplate forsynt med en isolerende kledning av ildfast materiale dekket av forbaket antrasitt-grafitt eller massive grafittkarbonblokker på veggen og på cellegulvbunnen som tjener som katode og hvortil den negative pol til en like-strømskilde er koblet via strømskinner av ledende stål lagt inn i karbonblokkene.

Anodene blir fortsatt fremstilt av karbonholdig materiale og må skiftes ut med få ukers mellomrom. Drifts-temperaturen er fortsatt omtrent 950 °C for å ha en til-strekkelig høy hastighet for oppløsning av alumina, hvilken avtar ved lavere temperaturer, og for å ha en høyere lednings-evne i elektrolytten.

De karbonholdige materialer anvendt i Hall-Héroult-cellene som cellekledninger nedbrytes under de eksisterende ugunstige driftsbetingelser og begrenser levetiden til cellen.

Anodene har en meget kort levetid fordi oksygenet som burde utvikles på anodeoverflaten under elektrolysen, kom-binerer med karbonet slik at det dannes CO2 og små mengder av CO. Det faktiske anodeforbruk er omtrentlig 450 kg/tonn av aluminium fremstilt, hvilket er mer enn 1/3 høyere enn den teoretiske mengde.

Katodebunnens karbonforing har et anvendelsesliv på noen få år, hvoretter driften av hele cellen må stoppes og cellen må fores på nytt til stor kostnad. Til tross for at aluminiumsmelten har en tykkelse fra 15 til 20 cm som opprettholdes over katoden, kan ikke nedbrytingen av katode-karbonblokkene unngås på grunn av inntrengning av natrium inn i karbonet, hvilket medfører svelling ved kjemisk reaksjon og innskyting, deformasjon og oppbrytning av katodekarbon-blokkene, så vel som inntrengning av kryolitt og flytende aluminium.

Karbonblokkene på sideveggene til cellen motstår ikke oksidasjon og angrep av kryolitt, og et lag av kryolitt i fast fase må opprettholdes på sideveggene til cellen for å beskytte dem. Når cellene gjenoppbygges, er det i tillegg problemer med avhending av karbonkatodene som inneholder giftige forbindel-ser som innbefatter cyanider.

Andre viktige ulemper skyldes imidlertid det faktum at irregulære elektromagnetiske krefter danner bølger i det smeltede aluminium og at anode-katodeavstanden (ACD), også kalt interelektrodegapet (IEG), må holdes på en trygg minimumsverdi på omtrent 50 mm for å unngå kortslutning mellom aluminiumkatoden og anoden eller reoksidering av metallet ved kontakt med C02-gassen dannet på anodeoverflaten.

Den høye elektriske motstand i elektrolytten, hvilken er omtrent 0,4 ohm-cm, medfører et spenningsfall som alene representerer mer enn 40 % av det totale spenningsfall, med et resulterende energiutbytte som når kun 25 % i de fleste moderne celler. Den høye energikost sammen med den lave virkningsgrad er blitt enda viktigere i den totale fremstil-lingskostnad for aluminium etter oljekrisen, og har senket

vekstraten for dette viktige metall.

I den nest største elektrokjemiske industri etter aluminium, nemlig kaustikum- og klorindustrien, har oppfinnelsen av dimensjonsstabile anoder (DSA®) basert på edelmetallaktivert titanmetall, som ble utviklet omkring 1970, muliggjort revolusjonerende fremskritt innen klorcelletek-nologien som har medført en vesentlig økning i energiutbyttet for cellen, cellelevetiden og renheten for klor-kaustikum. Erstatningen av grafittanoder med DSA® økte levetiden til anodene drastisk og reduserte driftskostnaden for cellene vesentlig. Hurtig vekst av klorkaustikumindustrien ble holdt tilbake bare på grunn av økologiske bekymringer.

I tilfellet aluminiumproduksjon skyldes forurens-ningen, ikke aluminiumet som produseres, men materialene og fremstillingsprosessene som anvendes og celledesignen og driften.

Imidlertid er det blitt rapportert fremskritt

angående drift av moderne aluminiumfabrikker som gjør bruk av celler hvor gassene som kommer fra cellene i stor grad samles og hensiktsmessig renses, og hvor utslippet av sterkt foruren-sende gasser under fremstillingen av karbonanodene og katodene kontrolleres grundig.

Mens fremskritt er blitt rapportert angående fabrikasjon av karbonkatoder ved anvendelse av belegg eller lag ved anvendelse av nye aluminiumfuktbare materialer som også har en barriere for natriuminntrengning under elektrolysen, er ingen fremskritt blitt oppnådd angående design av katoder for aluminiumsproduksjonsceller i den hensikt å hemme bevegelsen av aluminiumsmelten for å redusere interelektrodegapet og slitasjehastigheten på deres overflate.

I US patent 4560488 (Sane et al) beskrives en nylig utvikling i smeltet saltelektrolyseceller som angår å gjøre materialer fuktbare av smeltet aluminium. Imidlertid er karbon- eller grafittanodene og -katodene av konvensjonell design, med ingen forslag som leder henimot den foreliggende oppfinnelse.

I US patent 4681671 (Duruz) illustreres en annen forbedring i smeltet saltelektrolyse hvor drift ved temperaturer lavere enn vanlig gjennomføres ved anvendelse av per-manente anoder, for eksempel metall, legering, keramikk eller en metall-keramikkompositt som beskrevet i den europeiske patentsøknad nr. 0030834 og i US patent nr. 4397729.

I patent US 5203971 (de Nora et al) beskrives en elektrolyseutvinningscelle for aluminium som har en delvis ildfast og en delvis karbonbasert cellekledning. Den karbonbaserte del av cellebunnen kan være nedsenket med hensyn til den ildfaste del, hvilket hjelper til med å redusere bevegelsen av aluminiumsmelten.

I US patent 3856650 (Kugler) foreslås foring av en karboncellebunn med et keramisk belegg hvorpå parallelle rekker av teglstein plasseres, i det smeltede aluminium, i et gitterlignende arrangement i et forsøk på å redusere slitasjen på grunn av bevegelse av aluminiumdammen.

WO 92/03597 (Juric et al) redegjør for en aluminiumproduksjonscelle med en horisontal drenert katodeoverflate, en sentral aluminiumoppsamlingskanal og langsgående og tverrgående forsenkede spor for å lette oppsamling av produktaluminium fra den drenerte katodeoverflate og uttømning av aluminiumet over i den sentrale oppsamlingskanal.

De følgende henvisninger redegjør for flere andre forbedringer i celleoperasjon.

I europeisk patentsøknad nr. 0308015 (de Nora) angis en ny strømoppsamler;

Europeisk patentsøknad nr. 0308013 (de Nora) vedrører en ny komposittcellebunn; og

i europeisk patentsøknad nr. 0132031 (Dewing) tilveiebringes en ny celleforing.

Mens de foregående henvisninger indikerer fortsatte tilstrebelser for å forbedre driften av smeltecelleelektro-lyseoperasjoner, er det ingen som foreslår oppfinnelsen.

Oppsummering av oppfinnelsen

Oppfinnelsen tilveiebringer en katodebunn for en celle for elektroutvinning av aluminium fra alumina, omfattende en horisontal aluminiumfuktbar, drenert katodeoverflate méd en rekke parallelle fp'rs..enked.é spor i avstand fra hverandre som strekker seg på tvers av katodebunnen for å lette oppsamling av produktaluminium som drenerer fra den horisontale katodeoverflate, hvor katodebunnen omfatter en rekke katodeblokker anordnet side ved side langs katodebunnen, idet hver blokk strekker seg i lengderetning på tvers av katodebunnen og hver katodeblokk har flat toppoverflate som danner den nevnte horisontale aluminiumfuktbare drenerte katodeoverflate, og har utkappinger eller avfasinger langs en øvre sidekant eller motsatte øvre sidekanter som strekker seg på tvers av katodebunnen, slik at to katodeblokker plassert side ved side langs deres utkappinger eller avfasinger mellom seg har ett av de nevnte forsenkede spor på tvers av katodebunnen.

Som regel har de forsenkede spor et generelt U-formig eller V-formig tverrsnitt.

Katodeblokkene kan omfatte minst ett ytterligere forsenket spor mellom og parallelt med de forsenkede spor på tvers av katodebunnen.

Disse forsenkede spor kan føre inn i minst én aluminiumoppsamlingskanal anordnet i lengderetning langs katodebunnen for å drenere av det smeltede aluminium og har fortrinnsvis anordning for å opprettholde et konstant aluminiumnivå i disse forsenkede spor. Minst én langsgående aluminiumoppsamlingskanal kan være en dyp sentral kanal. Minst én langsgående aluminumoppsamlingskanal kan strekke seg lang en side av katodebunnen. Katodeblokkene kan ha ytterligere utkappinger eller avfasinger langs toppendekantene for å danne minst én langsgående aluminiumoppsamlingskanal. Flere av disse langsgående aluminiumoppsamlingskanaler kan forløpe på tvers av minst én av katodeblokkenes horisontale toppoverflate.

Hver katodeblokk kan strekke seg på tvers av i det vesentlige hele katodebunnen. Alternativt kan flere katodeblokker anordnet ende-mot-ende strekke seg på tvers av i det vesentlige hele katodebunnen.

I henhold til de viste utførelsesformer er katodeblokkene forsynt med en stål- eller annen ledende stang for levering av strøm. Disse ledende stenger er generelt parallelle med hverandre og strekker seg over (på tvers av)

katodebunnen.

Under bruk er en rekke anoder opphengt og vendt mot et lag av smeltet aluminium på toppen av katodeblokkenes toppoverflater.

Under bruk er de ovenstående kanaler eller spor dekket av laget av smeltet aluminium og letter opp-samlingen/evakueringen av aluminium, hvilket sterkt forbedrer celleoperasjonen og forlenger cellelevealderen.

I henhold til de viste utførelsesformer er katodeblokkene laget av karbon. Overflatene til blokkene som utgjør katodebunnen, er helst dekket med et lag av aluminiumfuktbart ildfast materiale, med fordel et partikkelformig ildfast hardmetallborid påført fra en oppslemming som inneholder kolloid, for eksempel som redegjort for i WO 93/25731 (Sekhar et al).

Overflatene av blokkene som utgjør katodecellebunnen kan være dekket med et lag av smeltet aluminium som danner en drenert katodeoverflate, idet kanalene eller sporene danner en kanal som tjener til å lede strømmen av aluminium over cellen. Ved denne drenerte konfigurasjon er kanalene eller sporene delvis fylt med smeltet aluminium og elektrolyse finner sted mellom den aluminiumfuktede katode og den motstående anode-flate. Som forklart nedenfor vil det tilveiebringes et arrangement for fjerning av aluminium fra sidene av cellen.

Dessuten kan ved en slik drenert konfigurasjon interelektrodedistansen reduseres med en ledsagende reduksjon av cellespenning og en økning i energivirkningsgraden.

Sporene og kanalene er arrangert og utformet slik, særlig med hensyn til deres dybde og størrelsen og vinkelen på deres vegger, at det smeltede aluminium som holdes i kanalene hemmes fra å bevege seg i den langsgående retning av cellen. Aluminiumet kan flyte langs sporene og kanalene inn i en oppsamlingskanal.

En fordel som er oppnådd med den kanaliserte cellebunn er at dens levetid er forlenget i forhold til andre elektrolytiske aluminiumproduksjonsceller. Videre forbedrer den kanaliserte katode jevnheten av strømfordelingen og øker strømutbyttet. I tillegg kan slam akkumuleres i sporene eller kanalene uten å forstyrre strømfordelingen, og sporene eller kanalene kan tjene til å eliminere slam som samles i sporene eller kanalene, men spyles ut med det smeltede aluminium.

I de fleste utførelsesformer er bredden av kanalene eller sporene i det minste like stor som deres dybde. Disse kanaler eller spor kan ha et rektangulært, trapesformet, V-formet, avrundet (dvs. konkavt i det minste i deres bunndel) eller et asymmetrisk tverrsnitt designet for å tillate evakuering og oppsamling av aluminium når cellen opereres i en drenert cellekonfigurasjon, eller designet for å virke som en barriere mot aluminiumbevegelse for å redusere eller eliminere turbulent aluminiumbadbevegelse i en damkonfigurasjon.

Som angitt ovenfor kan det være minst én langsgående kanal som strekker seg langs cellen og skjærer de parallelle (tversgående)forsenkede kryssende spor. Disse langsgående kanaler av egnede dimensjoner tjener til å fjerne det smeltede aluminium til et aluminiumreservoar.

Som nevnt ovenfor kan de forsenkede tverrspor lede inn i minst én langsgående kanal for oppsamling av det smeltede aluminium, og fortrinnsvis med anordninger slik som et overløp for å holde et konstant nivå av aluminium i de tverrgående kanaler eller spor. Denne aluminiumoppsamlingskanal kan strekke seg langs én eller begge sider av cellen, eller kan være en dyp, midtliggende kanal maskinert i katodeblokkene .

Overflatene av karbonblokkene som utgjør katodecellebunnen behandles fordelaktig for å redusere natriuminntrengning, for eksempel som beskrevet i WO 94/20650 eller i WO 94/24337, eller belegges med et lag som reduserer natriuminntrengning, for eksempel et ildfast hardmetallborid påført fra et oppslemmingsholdig kolloid som beskrevet i WO 93/25731 (alle i navnet Sekhar et al).

Karbonkatodeblokker gjøres vanligvis bestandige mot kjemiske og mekaniske angrep. Overflatene av karbonblokkene som utgjør den kanaliserte katodecellebunn kan også belegges med et lag som før anvendelsen eller under anvendelsen blir hardere enn karbonkatodeblokken og derved beskytter overflaten mot abrasiv slitasje ved begrenset bevegelse av smeltet aluminium. Videre forblir den herdede katodeoverflate dimensjonsstabil mens den motstående karbonanode kan erodere og tilpasses til formen av katoden. Denne overflateherdeeffekt kan oppnås med det forannevnte ildfaste borid eller andre aluminiumfuktbare ildfaste lag som tilveiebringer en i det vesentlige dimensjonsstabil overflate.

På dette vis kan katodecellebunnen forbli dimensjonsstabil under elektrolyse, og på grunn av dette er det både mulig og fordelaktig å tilveiebringe kanaler på toppen av karbonkatodeblokkene fordi disse kanaliserte blokker vil forbli dimensjonsstabile under celledriften.

Cellen som innbefatter den kanaliserte cellebunn kan gjøre bruk av konvensjonelle karbonanoder som slites på normal måte for damkonfigurasjonen, men med form som tilpasses den kanaliserte katode. Spesialformede karbonanoder designet for å virke sammen med den kanaliserte katodedesign kan også anvendes, og særlig for å lette gassfrigjøring ved anoden samtidig som drenering av smeltet aluminium ved katoden under-støttes. Dimensjonsstabile anoder kan også anvendes.

En fremgangsmåte for fremstilling av en elektrolytisk celle ifølge oppfinnelsen omfatter å tilveiebringe kanaler i katodeblokkene før eller etter sammenstilling av blokkene for å danne den kanaliserte katodecellebunn. Sporene eller kanalene er eventuelt maskinert i karbonkatodeblokker, for eksempel ved anvendelse av en fres. For noen former, særlig med avfasinger, kan det imidlertid være hensiktsmessig å tilveiebringe sporene eller kanalene ved ekstrudering. Hvis blokkene innbefatter avfasinger eller utkapp langs sine kanter, danner avfasingene eller utkappene mellom de sammenstilte naboblokker, spor eller kanaler når de bringes sammen.

Maskineringsoperasjoner slik som fresing/kutting især er enkle å utføre for å tilveiebringe en serie av parallelle kanaler eller spor av hvilken som helst tilsiktet form i karbonblokkene.

Når blokkene sammenstilles side ved side, kan åpninger bli værende mellom naboblokkene, hvilke åpninger fylles med en antrasittbasert eller en annen vanlig stampepasta. Imidlertid sammenstilles blokkene fortrinnsvis ved anvendelse av et lim, slik det er kjent for å sammenbinde karbonkatodeblokker med ingen eller kun meget små gap, slik som et harpiksbasert lim, eller et uorganisk lim som beskrevet i WO 94/20651 (Sekhar). Uansett danner de sammenstilte blokker en kontinuerlig karboncellebunn på samme måte som i konvensjonelle celler, bortsett fra det faktum at overflaten av cellebunnen er kanalisert.

Før eller etter sammenstilling kan karbonblokkene behandles for å gjøre dem bestandige mot kjemiske og mekaniske angrep. Før oppstart av cellen for fremstilling av aluminium behandles den kanaliserte cellebunn fordelaktig for å herde overflaten av katodeblokkene og gjøre overflaten fuktbar av smeltet aluminium, hvorved katodeblokkene ved anvendelse forblir dimensjonsstabile og fuktes av smeltet aluminium.

Oppfinnelsen vedrører også en katodeblokk for elektrolytisk utvinning av aluminium fra alumina, klar til å installeres i en celle.

I henhold til de viste utførelsesformer omfatter blokkene en bunnflate hvor det langs bunnflaten går et langsgående spor eller en lignende fordypning som generelt strekker seg parallelt med blokkens topp og sideflater, for mottagelse av en stål- eller annen ledende stang for levering av strøm.

Med oppfinnelsen tilveiebringes en katodeblokk for elektroutvinning av aluminium fra alumina,og katodeblokken er særpreget ved at den omfatter

en flat aluminiumfuktbar toppkatodeoverflate for å danne en horisontal aluminiumfuktbar drenert katodeoverflate for en katodebunn, og

utkappinger eller avfasinger langs en øvre sidekant eller motsatte øvre sidekanter, slik.at to katodeblokker anordnet side ved side i en katodebunn langs deres utkappinger eller avfasinger mellom seg har et forsenket spor for å lette oppsamling av produktaluminium som drenerer fra den horisontale katodeoverflate.

Disse katodeblokker kan innbefatte samtlige av de trekk som er beskrevet i forbindelse med den fullstendige cellekatodebunn.

Et ytterligere aspekt ved oppfinnelsen angår en celle for elektroutvinning av aluminium fra alumina, omfattende en katodebunn som beskrevet ovenfor.

Som nevnt ovenfor kan cellen omfatte dimensjonsstabile anoder eller karbonanoder.

I henhold til ytterligere et aspekt ved oppfinnelsen tilveiebringes en anvendelse av en celle med en katodebunn ifølge oppfinnelsen, for fremstilling av aluminium, idet en elektrolysestrøm ledes i en smelteelektrolytt som inneholder oppløst aluminia, mellom en anode og en horisontal aluminiumfuktbar drenert katodeoverflate til en katodebunn ifølge oppfinnelsen, for å utvikle gass på anoden og på den drenerte katodeoverflate og produserer smeltet aluminium som drenerer inn i de forsenkede spor til den drenerte katodeoverflate .

Beskrivelse av tegningene

Henvisning gjøres nå til tegningene, hvor:

- Figur 1 skjematisk viser del av en cellebunn dannet av tre katodeblokker forsynt med parallelle forsenkede spor, i overensstemmelse med oppfinnelsen, idet dette skjematiske riss viser et langsgående tverrsnitt og sideoppriss av cellen, - Figur 2 illustrerer ikke en del av oppfinnelsen, men bakgrunnsteknikk som er nyttig for å forstå oppfinnelsen, og viser skjematisk tre forskjellige sammenlignbare katodeblokker til katodebunner og forsynt med parallelle kanaler med forskjellige former, og - Figur 3 er et riss av en elektrolysecelle i henhold til oppfinnelsen.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Figur 1 viser skjematisk en del av en cellebunn dannet av en montasje av kanaliserte katodeblokker 10 i henhold til oppfinnelsen idet tre slike blokker er vist. Blokkene 10 er generelt rektangulære og laget av karbon i form av antrasitt eller grafitt av normal kvalitet anvendt for aluminiumproduksjonskatoder. I deres nedre flate har blokkene 10 en fordypning 12 som mottar en stålledérstang .11 som i blokkene er forbundet ved hjelp av et elektrisk ledende bindemateriale, for eksempel støpejern. Disse stållederstenger 11 strekker seg eksternt til en negativ strømskinne for cellen.

De rektangulære katodeblokker 10 har en flat toppoverflate (som vil danne den horisontale aluminiumfuktbare drenerte katodeoverflate), sideoverflater (som vil være forbundet med hverandre) og en bunnoverflate i hvilken fordypningen 12 er tatt ut i form av et rektangulært spor hvis flater er parallelle med blokkens topp- og sideoverflater. Fordypningen 12 strekker seg vanligvis hele veien langs blokkens bunnoverflate.

I henhold til oppfinnelsen er kantene 20 på blokkens toppoverflate avfaset. I tillegg er generelt V-formige spor 21 maskinert i midten av blokkenes øvre overflater. Når to blokker 10 bringes sammen, danner de tilliggende avfasede kanter 20 også et V-formig spor som har lignende form og stør-relse og er parallelt med sporene 21.

Naboblokkene 10 sammenføyes ved siden av hverandre med stampemasse 14, for eksempel en antrasittbasert masse, for å danne en kontinuerlig karboncellebunn. Vanligvis strekker én blokk 10 seg i det vesentlige over hele bredden av cellen. Hvis dette ikke er slik, arrangeres flere blokker 10 ende til ende over cellen, dvs. langs retningen av de ledende stenger 11, og blokkene kan også sammenføyes med stampemasse. Istedenfor å bruk stampemasse kan blokkene med fordel bindes sammen med et harpiksbasert lim, i hvilket tilfelle gapet mellom naboblokker vil bli mye mindre.

Når blokkene 10 sammenføyes side ved side for å danne en cellebunn, strekker de ledende stenger 11 seg over cellen og stikker ut fra begge sider av cellen (eller alternerende lederstenger stikker ut fra motstående sider) for tilkobling til strømforsyningen.

En anode 15, vist som sideoppriss, er skjematisk indikert med en stiplet linje. Under bruk er sporene 20, 21 delvis fylt med smeltet aluminium, hvilket vil bli detaljert beskrevet senere.

Figur 2 illustrerer ikke en del av oppfinnelsen, men bakgrunnsteknikk som er nyttig for å forstå oppfinnelsen, og viser tre sammenlignbare kanaliserte karbonblokker 10, men med spor eller kanaler med forskjellige former, idet blokkene kan stilles sammen til en cellebunn under anvendelse av lim eller stampemasse. En første blokk har en parallell rekke av generelt rektangulære spor 22 som er noe bredere enn dype. Som regel er sporenes 22 bredde minst like stor som deres dybde. Den annen blokk har generelt trapesformige spor 23, og den tredje blokk har U-formige spor 24 med avrundet tverrsnitt idet disse former.er angitt som eksempler"blant mange mulige former.

For å omforme bakgrunnsteknikken illustrert på Fig. 2 til utførelsesformer ifølge oppfinnelsen, blir avfasinger eller uttappinger tilveiebrakt langs sidekanter av blokkenes 10 toppoverflater, slik at når to blokker 10 bringes sammen, danner avfasede nabokanter også forsenkede spor 20 i overensstemmelse med oppfinnelsen, parallelt med sporene 22, 23 og 24 i katodeblokkenes 10 toppoverflate.

I alle tilfeller strekker avfasingene 20 og sporene 21, 22, 23, 24 seg langs katodeblokkens toppoverflate parallelt med sporet 12 som mottar lederstangen 11. Alle de beskrevne avfasinger 20 og spor 21, 22, 23, 24 kan lett maskineres i blokkene 10, for eksempel under anvendelse av en fres. Alternativt er det mulig å tilveiebringe spor eller avfasinger eller andre former for kanaler ved hjelp av andre metoder, for eksempel ved ekstrudering.'

Figur 3 viser en del av en celle i henhold til oppfinnelsen. Katodeblokkene 10 har avfasede øvre sidekanter 20 og kan være avfaset også langs deres toppendekanter, som indikert ved hjelp av stiplet linje ved 29. De avfasede sidekanter 20 til naboblokkene danner V- eller U-formige forsenkede spor som løper langs blokkene 10, idet lignende V-eller U-formige forsenkede spor er dannet mellom den avfasede kant til endeblokken 10 og den tilliggende masse av stampemasse 34. De forsenkede hovedspor dannet av avfasingene 20 strekker seg parallelt med lederstangen 11, ds. på tvers av cellen, og de langsgående kanaler som er dannet av avfasinger 29, strekker seg langs cellen.

Disse forsenkede spor dannet av de avfasede kanter 20 har den fordel å utjevne strømfordelingen i karbonblokkene 10 fra den sentralt plasserte strømfordelingsstang i blokkens nedre overflate. Dette kan særlig gjøre det mulig å redusere høyden av karbonblokkene 10, hvilket medfører en besparelse av karbon som reduserer mengden av giftig karbon som må avhendes når karbonovnsforingen rekonstrueres.

På Figur 3 er naboblokkene 10 vist som bundet sammen ved hjelp av et lim 14', slik at det er i det vesentlige intet gap mellom disse. Som vist kan karbonkatodeblokkenes 10 overflate gjøres dimensjonsmessig stabil ved å påføre et aluminiumfuktbart ildfast belegg 35 av et aluminiumfuktbart ildfast hardmetall (RHM) som har liten eller ingen oppløselighet i aluminium og som har god motstandsdyktighet mot angrep av smeltet kryolitt. Belegget 35 deler hele de øvre overflater til blokkene 10 med avfasinger 20, 29 og de limte skjøter 14' og strekker seg også over den tilliggende masse av stampemasse 34.

Anvendbare RHM for belegning 35 innbefatter borider av titan, zirkonium, tantal, krom, nikkel, kobolt, jern, niob og/eller vanadium. Anvendbare katodematerialer er karbonholdige materialer, så som antrasitt eller grafitt. Belegget 35 kan være i form av et partikkelformig ildfast hardmetallborid i et kolloid påført fra en oppslemming av det partikkel-formige ildfaste hardmetallborid i en kolloid bærer, hvori kolloidet omfatter minst ett av kolloidalt alumina, silika, yttriumoksid, ceriumoksid, thoriumoksid, zirkoniumdioksid, magnesiumoksid, litiumoksid, monoaluminiumfosfat eller ceriumacetat. Den kolloidale bærer har vist seg betraktelig å forbedre egenskapene til belegget produsert med ikke-reaktiv sintring. WO 93/25731 (Sekhar et al) tilveiebringer en metode for påføring av ildfast hardmetallborid på en karbonholdig komponent for en celle for produksjon av aluminium.

Formålet med de langsgående avfasinger 29 i toppendekantene til blokkene 10 er å danne en langsgående kanal som er perpendikulær på de parallelle V- eller U-formige forsenkede spor mellom avfasinger 20, for å drenere av produktaluminiumet for å opprettholde aluminiumkanalene 40' i de V- eller U-formige spor på et konstant nivå. Slike langsgående kanaler kan dannes i én eller begge ender av blokkene og, om nødvendig, kan én eller flere mellomliggende langsgående kanaler dannes ved maskinering av spor på tvers av blokkene 10 slik at de skjærer de V- eller U-formige spor dannet av avfasinger 20.

Disse langsgående kanaler som strekker seg langs cellen, er forbundet med et reservoar av smeltet aluminium, fortrinnsvis med en demning for å regulere nivået i aluminiumkanalene 40'. Operasjonen er mulig med et varierende nivå for aluminiumkanalene 40' eller med et konstant nivå.

Flere anoder 15, tradisjonelt blokker av forbrent karbon, er opphengt i cellen ved hjelp av de vanlige mekanismer (ikke vist) som gjør det mulig å regulere deres høyde. Oksygenavgivende ikke-karbonanoder kan være opphengt i cellen istedenfor karbonanodene 15, men behøver ikke å kunne justeres vertikalt fordi de ikke er forbrukbare. Anodene 15 dypper ned i smelteelektrolytten 41 som er vendt mot den kanaliserte katodeoverflate 25. Anode-katodegapet er ikke vist i korrekt målestokk. Under operasjonen har den kryolittbaserte elektrolytt 41 vanligvis en temperatur av ca. 950 °C, men oppfinnelsen gjelder også komponenter anvendt i celler med elektrolytter godt under 900 °C og så lavt som 700 °C.

Claims (18)

1. Katodebunn for en celle for elektroutvinning av aluminium fra alumina, omfattende en horisontal aluminiumfuktbar drenert katodeoverflate med en rekke parallelle forsenkede spor i avstand fra hverandre som strekker seg på tvers av katodebunnen for å lette oppsamling av produktaluminium som drenerer fra den horisontale katodeoverflate, hvor katodebunnen omfatter en rekke katodeblokker anordnet side ved side langs katodebunnen, idet hver blokk strekker seg i lengderetning på tvers av katodebunnen og hver katodeblokk har flat toppoverflate som danner den nevnte horisontale aluminiumfuktbare drenerte katodeoverflate, og har utkappinger eller avfasinger langs en øvre sidekant eller motsatte øvre sidekanter som strekker seg på tvers av katodebunnen, slik at to katodeblokker plassert side ved side langs deres utkappinger eller avfasinger mellom seg har ett av de nevnte forsenkede spor på tvers av katodebunnen.

2. Katodebunn ifølge krav 1, karakterisert ved at de nevnte forsenkede spor har et generelt U-formig eller V-formig tverrsnitt.

3. Katodebunn ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at katodeblokkene omfatter minst ett ytterligere forsenket spor mellom og parallelt med de nevnte forsenkede spor på tvers av .katodebunnen.

4 . Katodebunn ifølge et hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at de nevnte forsenkede spor fører inn i minst én aluminiumoppsamlingskanal anordnet i lengderetning langs katodebunnen for å drenere av det smeltede aluminium.

5. Katodebunn ifølge krav 4, karakterisert ved at den eller i det minste ene langsgående aluminiumoppsamlingskanal er en dyp sentral kanal.

6. Katodebunn ifølge krav 4 eller 5, karak erisert ved at den eller i det minste ene langsgående aluminiumoppsamlingskanal strekker seg langs en side av katodebunnen.

7. Katodebunn ifølge krav 4, 5 eller 6, karakterisert ved at katodeblokkene har ytterligere utkappinger eller avfasinger langs toppendekanter for å danne de eller i det minste den ene langsgående aluminiumoppsamlingskanal.

8. Katodebunn ifølge et hvilket som helst av krav 4 til 7, karakterisert ved at flere av de nevnte langsgående aluminiumoppsamlingskanaler forløper på tvers av den horisontale toppoverflate til minst én av katodeblokkene.

9. Katodebunn ifølge et hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at hver katodeblokk strekker seg på tvers av i det vesentlige hele katodebunnen.

10. Katodebunn ifølge et hvilket som helst av krav 1 til 8, karakterisert ved at flere katodeblokker anordnet ende mot ende strekker seg på tvers av i det vesentlige hele katodebunnen.

11. Katodebunn ifølge et hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at katodeblokkene er laget av karbon.

12. Katodebunn ifølge et hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at katodeblokkene omfatter et aluminiumfuktbart belegg som danner den horisontale aluminiumfuktbare drenerte katodeoverflate.

13. Katodebunn ifølge et hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at katodeblokkene er ytterligere forsynt med stål- eller andre ledende stenger for levering av strøm, hvilke strekker seg generelt parallelt med hverandre på tvers av katodebunnen.

14. Katodeblokk for elektroutvinning av aluminium fra alumina, karakterisert ved at den omfatter en flat aluminiumfuktbar toppkatodeoverflate for å danne en horisontal aluminiumfuktbar drenert katodeoverflate for en katodebunn, og utkappinger eller avfasinger langs en øvre sidekant eller motsatte øvre sidekanter, slik at to katodeblokker anordnet side ved side i en katodebunn langs deres utkappinger eller avfasinger mellom seg har et forsenket spor for å lette oppsamling av produktaluminium som drenerer fra den horisontale katodeoverflate.

15. Celle for elektroutvinning av aluminium fra alumina, karakterisert ved at den omfatter en katodebunn som definert i et hvilket som helst av krav 1 til 13 og 14.

16. Celle ifølge krav 15, karakterisert ved at den omfatter dimensjonsmessig stabile anoder.

17. Celle ifølge krav 15, karakterisert ved at den omfatter karbonanoder.

18. Anvendelse av en celle med en katodebunn ifølge oppfinnelsen, for fremstilling av aluminium, idet en elektrolysestrøm ledes i en smelteelektrolytt som inneholder oppløst aluminia, mellom en anode og en horisontal aluminiumfuktbar drenert katodeoverflate til en katodebunn ifølge oppfinnelsen, for å utvikle gass på anoden og på den drenerte katodeoverflate og produserer smeltet aluminium som drenerer inn i de forsenkede spor til den drenerte katodeoverflate. •v. -